【摘要】：作為海洋中有機(jī)碳庫(kù)和有機(jī)氮庫(kù)的重要組成,氨基酸可有效指示海洋有機(jī)質(zhì)的降解程度和成巖狀態(tài),進(jìn)而對(duì)于科學(xué)評(píng)估有機(jī)質(zhì)在海洋中的遷移轉(zhuǎn)化過(guò)程與埋藏具有重要意義。本學(xué)位論文基于膠州灣顆粒物與表層沉積物中氨基酸的含量、組成、構(gòu)型和分布特征的系統(tǒng)研究,根據(jù)氨基酸的碳氮?dú)w一化產(chǎn)率、降解因子、反應(yīng)活性指數(shù)、D型氨基酸占比及非蛋白質(zhì)氨基酸占比等降解指示因子結(jié)合碳氮比和碳穩(wěn)定同位素解析了膠州灣顆粒物和沉積物中有機(jī)質(zhì)的來(lái)源與降解程度,并利用細(xì)菌貢獻(xiàn)率、細(xì)菌豐度、群落結(jié)構(gòu)以及胞外肽酶活性等參數(shù)探析了微生物在海洋有機(jī)質(zhì)遷移轉(zhuǎn)化過(guò)程中的降解作用和有機(jī)質(zhì)貢獻(xiàn),獲得了如下主要研究結(jié)論:1.基于氨基酸含量及組成的降解指示因子一致指示了膠州灣顆粒有機(jī)質(zhì)的降解程度,2016年秋季膠州灣顆粒態(tài)有機(jī)質(zhì)的降解程度均呈現(xiàn)灣外高于灣內(nèi)、灣內(nèi)東部高于西部的變化趨勢(shì),而2017年春季則表現(xiàn)為灣內(nèi)西部和灣外東部顆粒有機(jī)質(zhì)降解程度較高的特征。顆粒有機(jī)質(zhì)的來(lái)源是控制其降解程度的關(guān)鍵因素,海源自生有機(jī)質(zhì)的貢獻(xiàn)較多導(dǎo)致顆粒有機(jī)質(zhì)相對(duì)新鮮,促進(jìn)了細(xì)菌的大量繁殖而產(chǎn)生較高的細(xì)菌有機(jī)質(zhì)貢獻(xiàn)率,而陸源有機(jī)質(zhì)貢獻(xiàn)較多會(huì)導(dǎo)致有機(jī)質(zhì)降解程度較高,更有利于誘導(dǎo)細(xì)菌產(chǎn)生較高活性的胞外肽酶來(lái)分解有機(jī)質(zhì)。此外,顆粒物中細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的變化同樣改變著有機(jī)質(zhì)的含量與組成,γ-變形桿菌在顆粒有機(jī)質(zhì)的降解過(guò)程中起到重要作用。2016年秋季膠州灣海水中顆粒態(tài)氨基酸含量為1.15±0.87μmol/L,由于灣內(nèi)較高浮游植物豐度與灣內(nèi)東部較高的陸源有機(jī)質(zhì)輸入的共同影響,膠州灣表層水體中顆粒態(tài)氨基酸呈現(xiàn)灣內(nèi)高于灣外、灣內(nèi)西部高于東部的趨勢(shì)。有機(jī)質(zhì)降解程度的指示因子,如碳氮?dú)w一化產(chǎn)率、降解因子DI、反應(yīng)活性指數(shù)RI以及D型氨基酸占比都保持較高的一致性,表現(xiàn)為膠州灣灣外顆粒物中有機(jī)質(zhì)降解程度高于灣內(nèi)的特征,且由于灣內(nèi)東部陸源有機(jī)質(zhì)輸入較高,導(dǎo)致灣內(nèi)中部和東北部降解程度較高。D-AA含量、異養(yǎng)細(xì)菌豐度以及細(xì)菌有機(jī)質(zhì)對(duì)有機(jī)碳和有機(jī)氮的貢獻(xiàn)率均體現(xiàn)了細(xì)菌與有機(jī)質(zhì)降解密切相關(guān)且細(xì)菌有機(jī)質(zhì)對(duì)膠州灣顆粒有機(jī)質(zhì)具有較為重要的貢獻(xiàn)作用。新鮮有機(jī)質(zhì)可以促進(jìn)細(xì)菌的生長(zhǎng)與繁殖,從而促進(jìn)細(xì)菌對(duì)有機(jī)質(zhì)的降解與轉(zhuǎn)化。此外,有機(jī)質(zhì)的生物活性可以影響細(xì)菌的胞外肽酶活性,灣內(nèi)東北部難降解有機(jī)質(zhì)可誘導(dǎo)細(xì)菌釋放更高活性的胞外酶。膠州灣顆粒物中細(xì)菌優(yōu)勢(shì)類群為γ-變形菌、α-變形菌、藍(lán)細(xì)菌門(mén)和擬桿菌門(mén)。其中藍(lán)細(xì)菌為光合自養(yǎng)細(xì)菌,其相對(duì)豐度的升高可導(dǎo)致D-AA的相對(duì)降低,此外γ-變形菌與有機(jī)質(zhì)關(guān)系密切,其相互影響機(jī)制需進(jìn)一步研究。2017年春季膠州灣海水中顆粒氨基酸含量為0.98±0.32μmol/L,相比較低于2016年秋季。在表層水體中,顆粒態(tài)氨基酸在灣內(nèi)東部海域具有較高含量且有機(jī)質(zhì)較為新鮮,灣內(nèi)西部海域具有較低含量的氨基酸但有機(jī)質(zhì)的降解程度相對(duì)較高,灣外靠灣口海域顆粒態(tài)氨基酸含量較低但有機(jī)質(zhì)較為新鮮,與灣內(nèi)西部相似灣外最東部海域氨基酸含量較低且有機(jī)質(zhì)降解程度較高。2017年春季膠州灣顆粒物中細(xì)菌有機(jī)質(zhì)對(duì)有機(jī)碳的貢獻(xiàn)率為17.51%±8.09%,對(duì)有機(jī)氮的貢獻(xiàn)率為10.25%±5.96%,分布趨勢(shì)呈現(xiàn)為灣外高于灣內(nèi),且灣內(nèi)東部高于灣內(nèi)西部的整體趨勢(shì)。與2016年秋季相同,2017年春季膠州灣顆粒物中細(xì)菌群落的優(yōu)勢(shì)種為變形菌、擬桿菌和藍(lán)細(xì)菌,但其中藍(lán)細(xì)菌占比明顯降低,僅占2016年秋季比例的一半左右。通過(guò)群落結(jié)構(gòu)以及與有機(jī)質(zhì)含量對(duì)比分析發(fā)現(xiàn),γ-變形桿菌對(duì)POC具有重要的降解作用,其優(yōu)勢(shì)度越高越不利于顆粒有機(jī)碳的保存。由于光合自養(yǎng)細(xì)菌有機(jī)質(zhì)不含有D-Asx和D-Ser,因此藍(lán)細(xì)菌的占比對(duì)D型氨基酸的比例具有一定程度地影響作用。2.2016年秋季膠州灣表層沉積物中有機(jī)質(zhì)的降解程度與顆粒物一致,同樣表現(xiàn)為灣外高于灣內(nèi)、灣內(nèi)東部高于西部的變化趨勢(shì),有機(jī)質(zhì)來(lái)源、微生物活性與上覆水水深共同影響了有機(jī)質(zhì)的降解程度。灣內(nèi)西部海源新鮮有機(jī)質(zhì)輸入較多,有利于細(xì)菌有機(jī)質(zhì)的合成從而產(chǎn)生較高的細(xì)菌貢獻(xiàn)率,而灣內(nèi)東部較高的陸源有機(jī)質(zhì)貢獻(xiàn)決定了較高的降解程度和胞外肽酶活性。灣外較深的水深使顆粒物在沉降至沉積物之前受到更深程度的降解,致使沉積物中有機(jī)質(zhì)降解程度相對(duì)高于顆粒物。2016年秋季膠州灣表層沉積物中總可水解氨基酸的含量為7.60±3.64μmol/g,其水平分布呈現(xiàn)灣內(nèi)高于灣外、灣內(nèi)東部高于西部的趨勢(shì)。灣內(nèi)西部海源新鮮有機(jī)質(zhì)的輸入以及較高的微生物活性、東部較高的陸源有機(jī)質(zhì)輸入比例、灣外水深較深均影響著沉積物中有機(jī)質(zhì)降解程度。指示有機(jī)質(zhì)降解程度的多項(xiàng)參數(shù)(THAA-C%、THAA-N%、DI、RI以及mol%D-AA)均指示沉積物中有機(jī)質(zhì)降解程度表現(xiàn)為灣外高于灣內(nèi),灣內(nèi)西部低于東部的趨勢(shì)。同時(shí)沉積物中有機(jī)質(zhì)的降解程度相對(duì)高于顆粒有機(jī)質(zhì),指示了沉積物中有機(jī)質(zhì)經(jīng)過(guò)了細(xì)菌更深程度的降解。膠州灣沉積物中對(duì)有機(jī)碳的細(xì)菌源貢獻(xiàn)率(31.51%±19.17%)呈現(xiàn)灣內(nèi)西部和灣外高于灣內(nèi)東部的特征。此外,胞外肽酶活性與有機(jī)質(zhì)的降解程度密切相關(guān),不同來(lái)源的有機(jī)質(zhì)具有不同的反應(yīng)活性,從而產(chǎn)生不同的細(xì)菌源有機(jī)質(zhì)的貢獻(xiàn)率及胞外肽酶活性,沉積物中有機(jī)質(zhì)越新鮮細(xì)菌貢獻(xiàn)率越高但會(huì)抑制胞外酶的活性。細(xì)菌參與沉積物中有機(jī)質(zhì)的生物降解過(guò)程,其產(chǎn)生的D型氨基酸對(duì)降解程度具有重要指示作用,并且細(xì)菌源有機(jī)質(zhì)對(duì)沉積物有機(jī)質(zhì)具有重要貢獻(xiàn),因此細(xì)菌是沉積物中有機(jī)質(zhì)在遷移轉(zhuǎn)化過(guò)程重要的調(diào)控因素。沉積物與顆粒物中氨基酸的含量和有機(jī)質(zhì)降解指示因子的對(duì)比表明沉積物中有機(jī)質(zhì)經(jīng)過(guò)微生物更深程度的降解與利用,因此沉積物中有機(jī)質(zhì)相對(duì)具有更高降解程度,且不同于顆粒物,沉積物中γ-變形菌和δ-變形菌為優(yōu)勢(shì)類群。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院海洋研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：X55
【圖文】：

“創(chuàng)新號(hào)”對(duì)膠州灣海區(qū)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，調(diào)查范圍及站位如圖 2.1 所示。不度海水利用船載 CTD 采集后立即用預(yù)先灼燒（450℃，5 h）的玻璃纖維濾Whatman GF/F）進(jìn)行低壓過(guò)濾，過(guò)濾后的濾膜置于-20℃冰箱或液氮中冷凍，返回實(shí)驗(yàn)室后對(duì)-20℃樣品進(jìn)行顆粒態(tài)氨基酸、總氮、有機(jī)碳氮及其同位析，取于液氮保存的濾膜分別進(jìn)行酶活、16SrRNA 的測(cè)定及分析。過(guò)濾過(guò)取過(guò)濾前后水樣各4 ml于5 ml無(wú)菌離心管，并加入0.4 ml多聚甲醛溶液（10定 10 min，置于液氮中速凍保存。另取海水利用醋酸纖維膜進(jìn)行過(guò)濾，濾膜紙包裹并置于-20℃冰箱冷凍保存，返回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行 Chl-a 的測(cè)定。表層沉積品使用箱式采泥器采集，置于預(yù)先灼燒（450℃，5 h）的玻璃瓶中于-20℃冰冷凍保存，返回實(shí)驗(yàn)室后，沉積物樣品經(jīng)冷凍干燥夠研磨均勻，進(jìn)行顆粒態(tài)酸、總氮、有機(jī)碳氮及其同位素分析。另取 5 g 左右沉積物于無(wú)菌離心管，液氮中速凍，返回實(shí)驗(yàn)室后進(jìn)行胞外肽酶活性的測(cè)定與分析。另取 2 g 左右物于無(wú)菌離心管，返回實(shí)驗(yàn)室后進(jìn)行 16SrRNA 測(cè)序。

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本文編號(hào)：2732093